CuSn7Zn4Pb7-C

Werkstoff-Datenblätter I 1

Inhalt 1. Allgemeine Informationen ............................ 2 2. Chemische Zusammensetzung ....................... 2 3. Physikalische Eigenschaften .......................... 2 3.1 Dichte ......................................................... 2 3.2 Solidus- und Liquidustemperatur...................... 2 3.3 Längenausdehnungskoeffizient ........................ 2 3.4 Spezifische Wärmekapazität ............................. 2 3.5 Wärmeleitfähigkeit......................................... 3 3.6 Spezifische elektrische Leitfähigkeit ................... 3 3.7 Spezifischer elektrischer Widerstand .................. 3 3.8 Temperaturkoeffizient des elektr. Widerstands ..... 3 3.9 Elastizitätsmodul ........................................... 4 3.10 Schwindmaß................................................. 4 3.11 Spezifische magnetische Suszeptibilität................. 4 3.12 Kristallstruktur / Gefüge .................................. 4 4. Mechanische Eigenschaften ........................... 4 4.1 Festigkeitswerte bei Raumtemperatur ................ 4 4.2 Tieftemperaturverhalten.................................. 5 4.3 Hochtemperaturverhalten................................ 5 4.4 Dauerschwingfestigkeit ................................... 6 5. Normen ......................................................6

6. Werkstoffbezeichnungen .............................. 6 7. Gleiteigenschaften....................................... 6 8. Gießtechnische Eigenschaften ....................... 6 9. Bearbeitbarkeit ........................................... 7 9.1 Glühen.........................................................7 9.2 Spanbarkeit...................................................7 9.3 Verbindungstechniken.....................................7 9.4 Oberflächenbehandlung...................................7 10. Korrosionsbeständigkeit............................... 7 11. Anwendungen ............................................. 8 12. Liefernachweis ............................................ 8 13. Literatur ..................................................... 8 14. Index ......................................................... 8

Stand 2005

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CuSn7Zn4Pb7-C

CuSn7Zn4Pb7-C

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1. Allgemeine Informationen Werkstoff-Bezeichnung: CuSn7Zn4Pb7-C (ehem. G-, GZ-, GC-CuSn7ZnPb) Werkstoff-Nr.: CC493K (ehem. 2.1090.01, .03, .04) CuSn7Zn4Pb7-C ist ein ausgesprochener Gleitwerkstoff, der bei mittlerer Härte noch gute Notlaufeigenschaften und im Schleuder- oder Stranggussverfahren hergestellt ausreich-ende Verschleißfestigkeit aufweist. Neben guter Spanbarkeit besitzt dieser Werkstoff eine gute Korrosionsbeständigkeit auch im Meerwasser und gilt als universieller Gleitlagerwerkstoff. Hauptanwendungsgebiete sind Gleitlager und Lagerbuchsen für den allgemeinen Maschinenbau [1]. 2. Chemische Zusammensetzung - nach DIN EN 1982 -

Legierungsbestandteile Massenanteil in %

Cu 1) Ni P Pb Sn Zn

81,0 bis 85,0

bis 2,0 bis 0,1 5,0 bis 8,0

6,0 bis 8,0

2,0 bis 5,0

Zulässige Beimengungen bis Massenanteil in %

Al Fe S Sb Si

bis 0,01 bis 0,2 bis 0,10 bis 0,3 bis 0,01

1) einschließlich Nickel

3. Physikalische Eigenschaften 3.1 Dichte

Temperatur Dichte °C g/cm3

20 8,83

Schmelztemperatur 8,28

3.2 Solidus- und Liquidustemperatur

Solidustemperatur Liquidustemperatur °C °C

860 1020

3.3 Längenausdehnungskoeffizient

Temperatur Längenausdehnungs-koeffizient

°C 10-6·K-1

von 20 bis 100 18,0

von 20 bis 200 18,3

von 20 bis 300 18,7

von 20 bis 400 19,1

von 20 bis 500 19,5

3.4 Spezifische Wärmekapazität

Temperatur Spezifische Wärmekapazität °C J/(g·K)

20 0,38

100 0,39

200 0,4

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3.5 Wärmeleitfähigkeit

Temperatur Wärmeleitfähigkeit °C W/(m·K)

20 64

100 72

200 82

300 92

3.6 Spezifische elektrische Leitfähigkeit

Temperatur Spez. elektr. Leitfähigkeit °C MS/m

20 7,5

100 7,0

200 6,5

250 6,2

Anmerkung: 1 MS/m entspricht 1 m/(Ω·mm2).

3.7 Spezifischer elektrischer Widerstand

Temperatur Spez. elektr. Widerstand °C (Ω·mm2)/m

20 0,133

100 0,143

200 0,154

250 0,161

3.8 Temperaturkoeffizient des elektr. Widerstands

Temperatur Temperaturkoeffizient des elektr. Widerstands

°C K-1

20 0,0009

Gültig von 0 bis 100 °C.

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3.9 Elastizitätsmodul

Temperatur Elastizitätsmodul °C kN/mm2

-50 107

20 101

100 94

200 88

300 85

Anmerkung: 1 kN/mm2 entspricht 1 GPa.

3.10 Schwindmaß Das Schwindmaß beträgt bei Abkühlung von Gieß- auf Raumtemperatur 1,3 bis 1,5 %.

3.11 Spezifische magnetische Suszeptibilität - bei 20 °C - CuSn7Zn4Pb7-C besitzt keine ferromagnetischen Eigen-schaften. Bei einem nach DIN EN 1982 max. zulässigen Eisengehalt von 0,2 % beträgt die Suszeptibilität Χ je nach Gusszustand 1 bis 10 · 10-6 cm3/g. Anmerkung: Χ = χ/ρ (Massensuszeptibilität)

3.12 Kristallstruktur / Gefüge CuSn7Zn4Pb7-C weist abhängig vom Gießverfahren ein mehr oder weniger heterogenes Gefüge aus einer α-Phase und einem (α+δ)-Eutektoid auf, wobei die α-Phase (eine homogene Lösung von Zinn und Zink in Kupfer) in einem kubisch-flächenzentrierten Gitter kristallisiert und die δ-Phase eine kubische Struktur besitzt. Durch schroffe Abkühlung (Schleuder- oder Strangguss) und steigende Sn-Gehalte erhöht sich der Anteil der δ-Ausscheidung [2]. Blei ist in dieser Legierung unlöslich und scheidet sich in fein verteilter Form ab.

4. Mechanische Eigenschaften 4.1 Festigkeitswerte bei Raumtemperatur 4.1.1 Festigkeit - nach DIN EN 1982 - Werkstoffbezeichnung und Kennzeichnung des Gießverfahrens

Gießverfahren Zugfestigkeit 0,2 %-Dehngrenze Bruchdehnung Brinellhärte

Rm Rp0,2 A HB N/mm2 N/mm2 % min. min. min. min.

CuSn7Zn4Pb7-C – GS Sandguss 230 120 15 60 CuSn7Zn4Pb7-C – GM Kokillenguss 230 120 12 60 CuSn7Zn4Pb7-C – GC Strangguss 260 120 12 70 CuSn7Zn4Pb7-C – GZ Schleuderguss 260 120 12 70

Anmerkung 1: Anhaltsangaben über mechanische und physikalische Eigenschaften sind im Beiblatt 1 der vormaligen DIN 1705 enthalten. Anmerkung 2: 1 N/mm2 entspricht 1 MPa.

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4.1.2 Scherfestigkeit Sie beträgt bei 20 °C min. 180 N/mm2. 4.1.3 Druckfestigkeit

Verformung Druckfestigkeit % N/mm2

0,2 120 bis 160

10,0 315

Anmerkung: 1 N/mm2 entspricht 1 MPa.

4.1.4 Flächendruck Der örtliche maximale Flächendruck in Gleitlagern wird mit 6000 N/cm2 angegeben [1]. Nach DIN 1705 waren Flächen-pressungen je nach Anwendungsfall bis 3000 bzw. 4000 N/cm2 zulässig. 4.2 Tieftemperaturverhalten 4.2.1 Festigkeitseigenschaften

Quelle: [1]

4.3 Hochtemperaturverhalten 4.3.1 Warmfestigkeit

Quelle: [3]

4.3.2 Zeitstandwerte

Quelle: [4]

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4.4 Dauerschwingfestigkeit

Quelle: [2]

5. Normen DIN EN 1982 Kupfer und Kupferlegierungen -

Blockmetalle und Gussstücke DIN EN 10204 Bescheinigungen über Werkstoffprüfungen DIN EN 10002-1 Prüfung metallischer Werkstoffe; Zugversuch DIN EN 10003-1 Prüfung metallischer Werkstoffe;

Härteprüfung nach Brinell VDG-Merkblatt P378

Gießen von Probestäben aus Kupfer-Gusslegierungen für den Zugversuch (Sandguss und Kokillenguss)

DIN EN ISO 2624 Kupfer und Kupferlegierungen - Bestimmen der mittleren Korngröße (ISO 2624 : 1990)

DIN EN ISO 6509 Korrosion von Metallen und Legierungen - Bestimmung der Entzinkungs-beständigkeit von Kupfer-Zink-Legierungen (ISO 6509 : 1981)

6. Werkstoffbezeichnungen Vergleich der Werkstoffbezeichnungen in verschiedenen Ländern (einschließlich ISO) *) Land Bezeichnung

der Normung Werkstoffbezeich-nung / -nummer

Europa EN CuSn7Zn4Pb7-C CC493K

USA ASTM (UNS) C93200

Japan JIS -

Internationale Normung

ISO CuSn7Pb7Zn3

Vormalige nationale Bezeichnungen

Deutschland DIN G-, GZ-, GC-CuSn7ZnPb 2.1090.01, .03, .04

Frankreich NF CuSn7Pb6Zn4

Großbritannien BS -

Italien UNI G-CuSn7Zn4Pb6

Schweden SS -

Schweiz SNV G-CuSn7Pb6Zn4

Spanien UNE CuSn7Zn4Pb6 C-3530

*) Die Toleranzbereiche der Zusammensetzung der in außereuropäischen Ländern genormten Legierungen sind nicht in allen Fällen gleich mit der Festlegung nach DIN EN.

7. Gleiteigenschaften Aufgrund des Gefügeaufbaus (weiche Grundmasse mit harten Einlagerungen) und der Verbesserung seiner Eigenschaften durch Schleuder- sowie Strangguss ist CuSn7Zn4Pb7-C der übliche Gleitlagerwerkstoff mit guten Notlaufeigenschaften. Er findet sowohl für mittlere Beanspruchung (ungehärtete Wellen bei ausreichender Schmierung) als auch für höhere Beanspruchung (gehärtete Wellen) Anwendung. Leichte Kantenpressungen können von diesem Werkstoff aufge-nommen und harte Fremdkörper in der weichen Grundmasse eingebettet werden. 8. Gießtechnische Eigenschaften CuSn7Zn4Pb7-C besitzt eine gute Gießbarkeit und weist im gegossenen Zustand bei unverletzter Gusshaut eine gute Druckdichtigkeit auf. Wegen des breiten Erstarrungs-bereiches können allerdings in Sandgussstücken Mikro-porositäten auftreten. CuSn7Zn4Pb7-C eignet sich für Sand-, Schleuder- und Stranggießverfahren, auch Kokillengießverfahren ist möglich. Die Verfahren des Schleuder- und Stranggießens gewährleisten eine rasche, gleichmäßige Erstarrung und ein dichtes Gefüge mit homogener Verteilung der hetero-genen Bestandteile. Die Gießtemperatur liegt je nach Verfahren 50 - 100 °C über der Liquidustemperatur.

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9. Bearbeitbarkeit 9.1 Glühen

Glühen

Homogenisierungsglühen, Temp-Bereich

ca. 650 °C

Entspannungsglühen, Temp-Bereich ca. 260 °C

Eine Wärmebehandling bewirkt nur an fehlerfrei gegosse-nen Teilen leichte Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften. So steigen nach einer homogenisierenden Wärmebehandlung die Dehnung und die Festigkeit, während die Verschleißfestigkeit durch die Auflösung der δ-Phase abnimmt. 9.2 Spanbarkeit Zerspanbarkeitsindex: 85 (CuZn39Pb3 = 100) (Die angegebenen Zahlen sind keine festen Messwerte, sondern stellen relative Einstufungen dar. Angaben anderer Quellen können daher geringfügig nach oben oder unten abweichen.) Bei der groben Unterteilung der Kupferwerkstoffe hinsicht-lich ihrer Spanbarkeit in drei Hauptgruppen wird CuSn7Zn4Pb7-C der Gruppe I (sehr gute Spanbarkeit) zuge-ordnet. Die Gusshaut wirkt sich auf den Verschleiß und die Maßhaltigkeit der Werkzeuge sowie auf die Oberflächen-güte sehr ungünstig aus. Siehe auch [5]. 9.3 Verbindungstechniken

Schweißen

Gasschweißen schlecht

Lichtbogenhandschweißen schlecht

Schutzgasschweißen schlecht

Löten

Weichlöten gut

Hartlöten 1) mittel

Kleben

gut

1) Lötzeit ist möglichst kurz zu halten, beim Lötvorgang und Abkühlen sind Spannungen zu vermeiden.

9.4 Oberflächenbehandlung

Polieren

mechanisch mittel

elektrolytisch / chemisch gut

Galvanisierbarkeit

gut

Eignung für Tauchverzinnung

gut

Eine einwandfreie Gussoberfläche sollte frei von anhaften-dem Sand, keramischen Reststoffen, Oxidhäuten und Schlieren sein. Für spezielle Anwendungen sind die Teile durch Beizen, Schleifen oder Polieren nachzubehandeln. 10. Korrosionsbeständigkeit CuSn7Zn4Pb7-C besitzt eine gute Korrosionsbeständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse (auch Industrieatmo-sphäre) und überzieht sich dabei mit einer fest haftenden, dichten Schutzschicht. Hinsichtlich der Anwendungsgebiete ist seine Beständigkeit gegenüber Trink- und Brauchwasser (auch aggressive Wässer), Kondenswasser, Wasserdampf, nicht oxidierende Säuren, neutrale Salzlösungen und vor allem gegen Meerwasser von besonderer Bedeutung. Selbst durch Verunreinigungen an Schwefeldioxid und Kohlen-dioxid wird das Korrosionsverhalten nicht maßgeblich beeinträchtigt. CuSn7Zn4Pb7-C wird bevorzugt als entzinkungsbeständiger Werkstoff eingesetzt und ist gegen Spannungsrisskorrosion praktisch unempfindlich. Diese Legierung ist aber gegen Lösungen, die Cyanide und Halogenide enthalten, gegen oxidierende Säuren, ammo-niakalische Lösungen höherer Konzentrationen und halo-genhaltige Gase sowie Schwefelwasserstoff bzw. Sulfide nicht beständig.

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11. Anwendungen

• Gleitlager und Achslagerschalen sowie Kuppelstangen-lager für den allgemeinen Maschinenbau

• Lager und Buchsen im Werkzeugbau, in Baumaschinen und im Kranbau

• mittelbeanspruchte Gleitplatten und -leisten

• normal- und hochbeanspruchte Gleitlagerbuchsen und -schalen

• Kolbenbolzenbuchsen

• Kurbel- und Kniehebellager

• Pleuelbuchsen

• Getriebe-, Kipphebel- und Stopfbuchsen

• Zylindereinsatzbuchsen, Grund- und Stoffbuchsenfutter

• Stellleisten, Kuppelstücke

• Friktionsringe und -scheiben

• Schiffswellenbezüge, Fittings für die Kfz-Industrie u.a. 12. Liefernachweis Technische Lieferbedingungen sind in der betreffenden Gussnorm enthalten. Nachweise von Herstellern und Händlern für Gussstücke aus CuSn7Zn4Pb7-C können der Quelle [6] entnommen werden. 13. Literatur [1] Guß aus Kupfer und Kupferlegierungen; Technische Richtlinien. GDM, VDG und DKI, Düsseldorf-Berlin, 1982. [2] Kupfer-Zinn- und Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (DKI-Informationsdruck i.25). Deutsches Kupferinstitut, 2004. [3] Dr. Mittelbach (VDM): Warmhärten von Gleitlagerwerkstoffen. Pers. Mitteilung, 1980. [4] J. R. Hall: The effect of basic composition on the properties and quality of gunmetal sand castings. British Foundryman, 56, May 1963, S. 217-225. [5] Richtwerte für die spanende Bearbeitung von Kupfer und Kupferlegierungen (DKI-Informationsdruck i.18). Deutsches Kupferinstitut, Berlin/Düsseldorf, 1987. [6] http://www.kupferinstitut.de

14. Index Allgemeine Informationen 2 Anwendungen 8 Chemische Zusammensetzung 2 Dauerschwingfestigkeit 6 Dichte 2 Elastizitätsmodul 4 Entspannungsglühen 7 Festigkeitswerte

bei tiefen Temperaturen 5 Druckfestigkeit 4 Flächendruck 5 nach EN 1982 4 Scherfestigkeit 5

Galvanisierbarkeit 7 Gasschweißen 7 Gefüge 4 Gießtechnische Eigenschaften 6 Gleiteigenschaften 6 Hartlöten 7 Homogenisierungsglühen 7 Kleben 7 Korrosionsbeständigkeit 7 Kristallstruktur 4 Längenausdehnungskoeffizient 2 Lichtbogenhandschweißen 7 Liefernachweis 8 Liquidustemperatur 2 Literatur 8 Löten 7 Normen 6 Oberflächenbehandlung 7 Polieren 7 Schutzgasschweißen 7 Schweißen 7 Schwindmaß 4 Solidustemperatur 2 Spanbarkeit 7 Spez. elektrische Leitfähigkeit 3 Spez. elektrischer Widerstand 3 Spez. magnetische Suszeptibilität 4 Spez. Wärmekapazität 2 Tauchverzinnung 7 Temperaturkoeffizient des elektr. Widerstands 3 Verzinnung 7 Wärmeleitfähigkeit 3 Warmfestigkeit 5 Weichlöten 7 Werkstoffbezeichnungen 6 Zeitstandwerte 5